水杉是喬木，高達35米，胸徑達2.5米；樹干基部常膨大；樹皮灰色、灰褐色或暗灰色，幼樹裂成薄片脫落，大樹裂成長條狀脫落，內皮淡紫褐色；枝斜展，小枝下垂，幼樹樹冠尖塔形，老樹樹冠廣圓形，枝葉稀疏；一年生枝光滑無毛，幼時綠色，后漸變成淡褐色，二、三年生枝淡褐灰色或褐灰色；側生小枝排成羽狀，長4-15厘米，冬季凋落；主枝上的冬芽卵圓形或橢圓形，鈍，長約4毫米，徑3毫米，芽鱗寬卵形，先端圓或鈍，長寬幾相等，約2-2.5毫米，邊緣薄而色淺，背面有縱脊。葉條形，長0.8-3.5（常1.3-2）厘米，寬1-2.5（常1.5-2）毫米，上面淡綠色，下面色較淡，沿中脈有兩條較邊帶稍寬的淡黃色氣孔帶，每帶有4-8條氣孔線，葉在側生小枝上列成二列，羽狀，冬季與枝一同脫落。

球果下垂，近四棱狀球形或矩圓狀球形，成熟前綠色，熟時深褐色，長1.8-2.5厘米，徑1.6-2.5厘米，梗長2-4厘米，其上有交對生的條形葉; 種鱗木質，盾形，通常11-12對，交叉對生，鱗頂扁菱形，中央有一條橫槽，基部楔形，高7-9毫米，能育種鱗有5-9粒種子；種子扁平，倒卵形，間或圓形或矩圓形，周圍有翅，先端有凹缺，長約5毫米，徑4毫米；子葉2枚，條形，長1.1-1.3厘米，寬1.5-2毫米，兩面中脈微隆起，上面有氣孔線，下面無氣孔線；初生葉條形，交叉對生，長1-1.8厘米，下面有氣孔線?；ㄆ?月下旬，球果11月成熟。
喜氣候溫暖濕潤，夏季涼爽，冬季有雪而不嚴寒，并且產地年平均溫度在13℃，極端低溫-8℃，極端高溫24℃左右，無霜期230天；年降水量1500毫米，年平均相對濕度82%。土壤為酸性山地黃壤、紫色土或沖積土，pH值4.5~5.5。多生于山谷或山麓附近地勢平緩、土層深厚、濕潤或稍有積水的地方，耐寒性強，耐水濕能力強，在輕鹽堿地可以生長為喜光性樹種，根系發(fā)達，生長的快慢常受土壤水分的支配，在長期積水排水不良的地方生長緩慢，樹干基部通常膨大和有縱棱。喜光，不耐貧瘠和干旱，凈化空氣，生長快，移栽容易成活。適應溫度為零下8度~24度。
水杉有“活化石”之稱。它對于古植物、古氣候、古地理和地質學，以及裸子植物系統(tǒng)發(fā)育的研究均有重要的意義。在湖北利川設立了水杉種子站，建立了種子園，加強了母樹的管理，對5000多株林木進行逐株建檔，采取了砌石岸、補樹洞、開排水溝、防治病蟲害等保護措施，并加速育苗和造林。龍山、石柱對水杉大樹采取了掛牌保護。
為保持通風透光，給樹木健壯生長創(chuàng)造良好的空間，成林后進行適度修枝，宜選在水杉落葉后至立春前進行，修枝強度為樹冠總長度的1/4~1/3，具體視樹木生長情況而定。薔薇葉蜂1年可發(fā)生2代，以幼蟲在土中結繭越冬。有群集習性，常數十頭群集于葉上取食，嚴重時可將葉片吃光，僅留粗葉脈。雌蟲產卵于枝梢，可使枝梢枯死。
水杉邊材白色，心材褐紅色，材質輕軟，紋理直，結構稍粗，早晚材硬度區(qū)別大，不耐水濕。可供建筑、板料、造紙、制器具、造模型及室內裝飾。水杉是“活化石”樹種，是秋葉觀賞樹種。在園林中適于列植，也可叢植、片植，可用于堤岸、湖濱、池畔、庭院等綠化，也可盆栽，也可成片栽植營造風景林，并適配常綠地被植物；還可栽于建筑物前或用作行道樹。水杉對二氧化硫有一定的抵抗能力，是工礦區(qū)綠化的優(yōu)良樹種。